Thiết kế pin mới lưu trữ tốt hơn cho lưới năng lượng tái tạo

Các nhà khoa học mới đây đã tìm ra giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo ngay cả khi mặt trời không chiếu sáng hoặc gió không thổi.

Trước đó, các nhà khoa học đã đưa ra giải pháp là các khối pin khổng lồ cho lưới điện, để lưu trữ điện trong các thùng chứa chất điện phân lỏng. Nhưng cho đến nay vẫn chưa tìm thấy loại pin hiệu quả về chi phí, lại có thể cung cấp năng lượng đáng tin cậy cho hàng nghìn ngôi nhà trong suốt vòng đời từ 10 đến 20 năm.

Thiết kế pin mới lưu trữ tốt hơn cho lưới năng lượng tái tạo
Một mẫu AquaPIMs.

Giờ đây, một công nghệ màng pin được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) của Bộ Năng lượng Mỹ có thể đưa ra một giải pháp cho vấn đề này.

Loading...

Theo báo cáo trên tạp chí Joule, các nhà nghiên cứu đã phát triển một màng pin linh hoạt nhưng giá cả phải chăng từ một loại polymer được gọi là AquaPIMs. Loại polymer này làm cho pin điện lưới sử dụng được lâu dài và với chi phí thấp lại có thể chỉ dựa trên các vật liệu có sẵn như kẽm, sắt và nước.

Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một mô hình đơn giản cho thấy các màng pin khác nhau ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin như thế nào, dự kiến ​​sẽ gia tăng việc nghiên cứu và phát triển giai đoạn đầu cho các công nghệ pin lưu lượng, đặc biệt là trong việc tìm kiếm màng phù hợp cho các hóa chất pin khác nhau.

Ông Brett Helms, nhà nghiên cứu chính của Trung tâm nghiên cứu lưu trữ năng lượng (JCESR) và là nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm Berkeley, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: "Công nghệ màng AquaPIM có thể nhanh chóng tiếp cận thị trường dành cho các pin lưu lượng sử dụng các hóa chất gốc nước với chi phí thấp. Bằng cách sử dụng công nghệ của chúng tôi và các mô hình thực nghiệm đi kèm về hiệu suất và tuổi thọ của pin, các nhà nghiên cứu khác có thể nhanh chóng đánh giá mức độ sẵn sàng của từng bộ phận để đưa vào pin, từ màng ngăn đến vật liệu lưu trữ-nạp. Điều này sẽ tiết kiệm thời gian và tài nguyên cho các nhà nghiên cứu và nhà phát triển sản phẩm".

Theo ông Helms, màng polymer flo hóa khá đắt tiền, chúng có thể chiếm từ 15% đến 20% giá thành của pin, khiến giá thành tiêu thụ lên đến 300 USD/kWh. Miranda Baran, một nghiên cứu sinh sau đại học trong nhóm nghiên cứu của ông Helms cho biết, một cách để giảm chi phí pin là loại bỏ hoàn toàn màng polymer flo hóa và đưa ra một giải pháp thay thế bằng một loại rẻ hơn nhưng hiệu quả cao như AquaPIMs.

Thiết kế pin mới lưu trữ tốt hơn cho lưới năng lượng tái tạo
Các nhà khoa học của Phòng thí nghiệm Berkeley đã phát triển một màng pin dòng chảy giá cả phải chăng cho lưới điện từ một loại polymer mới có tên là AquaPIM.

Thông qua những thí nghiệm ban đầu, các nhà nghiên cứu đã biết rằng các màng được biến đổi bằng một hóa chất kỳ lạ gọi là "amidoxime" cho phép các ion nhanh chóng di chuyển giữa cực dương và cực âm.

Sau đó, trong khi đánh giá hiệu suất và khả năng tương thích của màng AquaPIM với các hóa chất pin lưới khác nhau, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng màng AquaPIM làm cho các pin kiềm ổn định đáng kể.

Ngoài ra, họ phát hiện ra rằng các nguyên mẫu AquaPIM vẫn giữ được tính toàn vẹn của các vật liệu lưu trữ-nạp trong cực âm cũng như ở cực dương. Khi các nhà nghiên cứu mô tả các màng tại cơ sở nghiên cứu Advanced Light Source (ALS) của Berkeley Lab, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng các đặc điểm này là phổ biến trên các biến thể của AquaPIM.

Cô Baran và các cộng tác viên sau đó đã kiểm tra xem màng AquaPIM sẽ hoạt động như thế nào với chất điện phân kiềm nước. Trong thí nghiệm này, họ phát hiện ra rằng trong điều kiện kiềm hóa, amidoxit đã kết hợp polymer ổn định, một kết quả đáng ngạc nhiên khi xem xét rằng các vật liệu hữu cơ thường không ổn định ở pH cao.

Sự ổn định như vậy đã ngăn lỗ của màng AquaPIM xẹp lại, do đó cho phép chúng duy trì được tính dẫn điện mà không bị mất hiệu suất theo thời gian, trong khi các lỗ của màng fluoro-polymer thương mại bị xẹp lại như dự đoán, gây bất lợi cho tính chất truyền dẫn ion của nó, ông Helms giải thích.

Thiết kế pin mới lưu trữ tốt hơn cho lưới năng lượng tái tạo
Sơ đồ của một pin lưu lượng với màng AquaPIM chọn lọc ion (màu be). Các nhà khoa học của Phòng thí nghiệm Berkeley đã phát hiện ra rằng một mô hình như vậy có thể dự đoán tuổi thọ và hiệu quả của pin lưu lượng cho lưới điện mà không phải chế tạo toàn bộ thiết bị.

Trong khi đánh giá hiệu suất và khả năng tương thích của màng AquaPIM với các hóa chất pin lưới khác nhau, các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình gắn hiệu suất của pin với hiệu suất của các màng khác nhau. Mô hình này có thể dự đoán tuổi thọ và hiệu quả của pin chảy mà không phải chế tạo toàn bộ thiết bị. Họ cũng chỉ ra rằng các mô hình tương tự có thể được áp dụng cho các hóa chất pin khác và màng của chúng.

"Thông thường, bạn sẽ phải chờ hàng tuần nếu không phải vài tháng để biết pin sẽ tồn tại bao lâu sau khi lắp ráp toàn bộ tế pin. Bằng cách sử dụng màng chắn đơn giản và nhanh chóng, bạn có thể cắt giảm xuống còn vài giờ hoặc vài ngày", ông Helms nói.

Các nhà nghiên cứu lên kế hoạch tiếp theo để áp dụng màng AquaPIM trên phạm vi rộng hơn của các hóa chất pin lưu lượng có nước, từ kim loại và các chất vô cơ đến chất hữu cơ và polyme. Họ cũng dự đoán rằng các màng này tương thích với các loại pin kẽm kiềm khác, bao gồm cả pin sử dụng oxy, oxit mangan hoặc khung kim loại hữu cơ làm cực âm.

Loading...
TIN CŨ HƠN
Robot tự biết lắp ghép như trong phim viễn tưởng

Robot tự biết lắp ghép như trong phim viễn tưởng

Các khối robot được phát triển bởi các nhà nghiên cứu MIT có thể di chuyển độc lập, gắn kết với nhau trong các cấu trúc được xác định trước.

Đăng ngày: 13/11/2019
Đã có công nghệ nhận diện chính xác bạn đang vui hay buồn

Đã có công nghệ nhận diện chính xác bạn đang vui hay buồn

Fujitsu cho biết họ đã đưa ra một công nghệ dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI) để theo dõi những thay đổi trong biểu hiện của người dùng như hồi hộp hoặc bối rối.

Đăng ngày: 12/11/2019
Các nhà vật lý tìm ra chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao mới

Các nhà vật lý tìm ra chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao mới

Một nhóm các nhà khoa học vật lý đã tìm ra một vật liệu siêu dẫn mới ở nhiệt độ rất cao, đạt kỷ lục từ trước tới nay.

Đăng ngày: 12/11/2019
NASA ra mắt máy bay điện đầu tiên

NASA ra mắt máy bay điện đầu tiên

NASA công bố phiên bản đầu tiên của máy bay chạy bằng điện có tên X-57 Maxwell, trước khi tiếp tục hoàn thiện với kế hoạch lần đầu bay thử trong năm 2020.

Đăng ngày: 12/11/2019
Kim loại mới không thể chìm trong nước, lấy ý tưởng từ kiến lửa

Kim loại mới không thể chìm trong nước, lấy ý tưởng từ kiến lửa

Loài kiến lửa và nhện chuông lặn đã truyền cảm hứng cho các nhà khoa học chế tạo ra chất kim loại kháng nước, có thể dùng để đóng những con tàu không thể chìm.

Đăng ngày: 11/11/2019
Trashpresso - Cỗ máy tái chế nhựa di động vận hành bằng năng lượng Mặt Trời

Trashpresso - Cỗ máy tái chế nhựa di động vận hành bằng năng lượng Mặt Trời

Bao giờ chúng ta có một đội Trashpresso tuần tiễu trên đường mỗi buổi chiều tà?

Đăng ngày: 11/11/2019
Hoa hướng dương nhân tạo có thể tự uốn cong hướng về phía ánh sáng

Hoa hướng dương nhân tạo có thể tự uốn cong hướng về phía ánh sáng

Một nhóm các kỹ sư từ Mỹ vừa thiết kế thành công các tấm pin Mặt trời bắt chước khả năng hướng theo ánh sáng Mặt trời của hoa hướng dương, thông qua việc sử dụng công nghệ nano thông minh.

Đăng ngày: 11/11/2019
Tiêu điểm
Khoa Học News